24.08.2013 Views

Сравнение методов местоопределения источников ...

Сравнение методов местоопределения источников ...

Сравнение методов местоопределения источников ...

SHOW MORE
SHOW LESS

Create successful ePaper yourself

Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.

КОЗЬМИН Владимир Алексеевич, кандидат технических наук, доцент<br />

САВЕЛЬЕВ Алексей Михайлович,<br />

УФАЕВ Владимир Анатольевич, доктор технических наук<br />

ЧУБОВ Евгений Алексеевич<br />

СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ МЕСТООПРЕДЕЛЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ<br />

РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ<br />

Определение местоположения (ИРИ) с помощью мобильной станции радиомониторинга<br />

является сложной задачей ввиду многолучевого распространения радиоволн и частого<br />

отсутствия прямой видимости. Совместная работа мобильной станции с сетью постов<br />

радиопеленгования стационарной системы значительно упрощает и ускоряет процедуру<br />

<strong>местоопределения</strong> ИРИ[1]. Но стационарная система, как правило, не обеспечивает<br />

полного покрытия всей необходимой территории, а поэтому задача определения<br />

местоположения ИРИ одиночной мобильной станцией по-прежнему остается актуальной.<br />

При одиночной работе мобильной станции для определения местоположения ИРИ может<br />

использоваться несколько <strong>методов</strong>: метод привода, квазистационарный метод и метод<br />

вычисления координат <strong>источников</strong> в движении [2].<br />

Метод привода основан на движении мобильной станции в зону расположения ИРИ по<br />

направлению пеленгов и росту амплитуды сигнала, в результате поиска мобильная<br />

станция оказывается в непосредственной близости от ИРИ. Квазистационарный метод<br />

сводится к нескольким сеансам пеленгования ИРИ из удаленных друг от друга<br />

стационарных позиций, координаты оцениваются на карте по засечкам, которые дают<br />

пересекающиеся пеленги. Метод вычисления координат в движении основан на<br />

непрерывном пеленговании и измерении амплитуды сигнала во время всего движения<br />

станции.<br />

Если в состав мобильной станции входит быстродействующее радиооборудование,<br />

навигационная аппаратура и соответствующее программное обеспечение, то, как<br />

свидетельствует практика, метод вычисления координат ИРИ в движении охотно<br />

используется операторами мобильных станций. Это объясняется тем, что при движении<br />

станции происходит непрерывный прием радиосигналов, что особенно важно при<br />

пеленговании периодически или кратковременно работающих <strong>источников</strong>, также<br />

возможно использование многоканального пеленгования для определения координат<br />

нескольких ИРИ одновременно, обеспечивается скрытность работы станции, поскольку<br />

она находится в потоке городского транспорта. При этом не запрещено пользоваться


2<br />

методом привода или, если встречается «хорошая» позиция, например на доминирующей<br />

высоте, то поработать на остановке, а затем продолжить поиск в движении.<br />

Использование метода вычисления координат ИРИ в движении становится возможным<br />

при наличии программного обеспечения, позволяющего работать с одиночной мобильной<br />

станцией как с территориально распределенной многопозиционной системой. В<br />

специальном математическом обеспечении картографии и навигации СМО-КН для<br />

мобильной станции радиомониторинга АРГУМЕНТ реализовано несколько <strong>методов</strong><br />

оценки координат ИРИ [3, 4]:<br />

▪ матричный метод;<br />

▪ кластерный метод;<br />

▪ метод максимума правдоподобия;<br />

▪ амплитудный метод;<br />

▪ амплитудно-угломерный метод.<br />

Целью настоящей статьи является систематизация перечисленных <strong>методов</strong>, рассмотрение<br />

результатов их экспериментальной проверки в городских условиях и в загородной зоне,<br />

выбор <strong>методов</strong>, которые наиболее удобны для практики определения местоположения<br />

ИРИ одиночной мобильной станцией.<br />

Рассмотрим вначале основные принципы, которые лежат в основе названных <strong>методов</strong><br />

оценки координат ИРИ.<br />

Методы оценки координат ИРИ<br />

Во всех методах мобильная станция радиомониторинга, находящаяся в движении,<br />

рассматривается как многопозиционная система с поочередной обработкой принимаемых<br />

сигналов из точек, составляющих маршрут станции. Определение координат ИРИ<br />

осуществляется путем пространственно-временной обработки результатов измерения<br />

пеленгов или амплитуд принимаемых сигналов.<br />

Матричный метод оценки местоположения ИРИ основан в использовании матричной<br />

сетки, покрывающей рабочую зону на электронной карте, размер ячеек сетки подбирается<br />

в зависимости от величины рабочей зоны и требуемой точности.<br />

Сетка рассматривается как растр, пеленги прокладываются в ней растровым алгоритмом,<br />

они суммируются по амплитуде в ячейках сетки. В результате получается трехмерная<br />

поверхность с максимумами в тех ячейках сетки, где пеленги чаще накладывались друг на<br />

друга и имели большую амплитуду. Решение о местоположении ИРИ принимается для<br />

той ячейки, которой соответствует наибольшее накопленное значение.


3<br />

Поверхность пеленгов отображается на карте в виде фигуры с цветовым выделением<br />

амплитуды, аналогично цветовой шкале высот. Задавая порог отображения в процентах от<br />

абсолютного максимума можно регулировать объем отображаемой информации.<br />

Для автоматического определения максимумов используется специальный алгоритм, в<br />

результате находятся изолированные области, амплитуда в которых превышает значение<br />

порога. Затем для каждой изолированной области определяется «центр», представляющий<br />

собой координаты абсолютного максимума, если он четко выражен, либо<br />

математического ожидание области в случае, если картина «размазана». Координаты<br />

«центра» изолированной области выше порога считаются расчетной точкой расположения<br />

ИРИ [2].<br />

На рис. 1 показано отображение поверхности пеленгов для матричного алгоритма.<br />

Мобильный пеленгатор обозначен белым кружком со стрелкой, расчетная точка –<br />

светлым кружком.<br />

При одновременной работе нескольких радиостанций на одной частоте на поверхности<br />

пеленгов можно наблюдать два или больше сравнимых по величине максимума. В<br />

результате может быть выявлено несколько <strong>источников</strong> радиоизлучения, работающих на<br />

одной частоте.<br />

К достоинствам матричного метода можно отнести вычислительную простоту, что дает<br />

возможность использования ПЭВМ с небольшим быстродействием.<br />

Основным недостатком метода является невозможность вычисления координат ИРИ в<br />

случае, если мобильная станция перемещается по направлению к точке расположения<br />

ИРИ. Действительно, в этом случае пеленги будут проходить через одни и те же ячейки<br />

матрицы, в результате будет формироваться поверхность в виде протяженного «гребня» с<br />

большой амплитудой, а не в виде локальной области с четко выраженным максимумом в<br />

месте расположения ИРИ. Другими словами, использование этого метода затруднено при<br />

работе мобильной станции по методу привода. Кроме того, для сети из стационарных<br />

пеленгаторов при пеленговании неподвижного ИРИ пеленги так же будут проходить через<br />

одни и те же ячейки матрицы, создавая «гребни».


Рис. 1. Отображение поверхности пеленгов и расчетной точки по матричному методу<br />

Кластерный метод является развитием матричного метода. В его основе лежит метод<br />

моментов [5]. Исходные данными для расчетов являются: выборка пеленгов n θ ,<br />

измеренных с учетом курсового угла пеленгатора, координаты пеленгатора на момент<br />

, где n = 0,...,<br />

N −1<br />

− номер пункта приема.<br />

приема Zn = Xn + j⋅Yn Измеренные пеленги приравнивают к истинным значениям, зависящим от неизвестных<br />

координат (x, y) ИРИ<br />

4<br />

<br />

θn = θn<br />

(x, y) = arg( z<br />

(x, y) − Z<br />

n ) , (1)<br />

где arg(y) − означает операцию вычисления аргумента комплексной функции y. Из<br />

выражения (1) имеем уравнение линии пеленга<br />

y = Y + (x −X ) ⋅tgθ <br />

<br />

(n) n (n) n n<br />

Уравнение линии пеленга (2) есть луч в декартовой системе координат. Представим этот<br />

луч как функцию двух переменных<br />

⎧<br />

<br />

1, если x = x n,y= y n;<br />

z n (x,y) = ⎪<br />

⎨<br />

⎪<br />

(3)<br />

⎪⎩ 0, если x ≠ x n,y≠ y n.<br />

При однократном пеленговании координаты источника неоднозначны, поэтому<br />

осуществляют их усреднение по совокупности пеленгов, полученных в n позициях<br />

мобильной станции, максимизация функции (3) обеспечивает оценку координат ИРИ<br />

.<br />

(2)


5<br />

⎛ ⎞<br />

(x,y) arg⎜ <br />

= max z (x,y) ⎟ , (4)<br />

∑<br />

⎜ n ⎜⎝ (x,y) ⎟<br />

n ⎠<br />

где arg ( y ) обозначает операцию вычисления значений аргументов функции y.<br />

Техническая реализация кластерного метода также основана на использовании матричной<br />

сетки, покрывающей рабочую зону на карте. Но в ячейках сетки накапливаются не линии<br />

пеленгов, а засечки − точки пересечения пеленгов, которые определяются как решения<br />

триангуляционной задачи. В результате образуется трехмерная поверхность, амплитуда<br />

будет больше в тех ячейках сетки, где пеленги чаще пересекались друг с другом.<br />

Первая часть алгоритма состоит в построении поверхности пеленгов. Задача триангуляции<br />

сводится к вычислению координат точки пересечения пеленгов для двух позиций<br />

мобильной станции с известными координатами. По сравнению с матричным методом<br />

вычисление координат точек пересечения пеленгов требует больших вычислительных<br />

ресурсов. Для определения точек пересечения используются все значения пеленгов.<br />

Каждой точке присваивается весовой коэффициент, учитывающий угол пересечения<br />

пеленгов, коэффициент будет тем больше, чем ближе к 90º значение угла пересечения.<br />

Вторая часть алгоритма состоит в определении на матрице центров зон максимумов. Здесь<br />

используются те же самые приемы, что и в матричном методе.<br />

На рис. 2 показано отображение поверхности пеленгов для кластерного алгоритма.<br />

Как и для матричного метода, при одновременной работе нескольких радиостанций на<br />

одной частоте на поверхности пеленгов наблюдаются несколько максимумов, то есть<br />

кластерный метод обеспечивает определение координат нескольких ИРИ, работающих<br />

одновременно на одной частоте.<br />

К достоинствам кластерного метода можно отнести возможность определения<br />

местоположения ИРИ по меньшему числу пеленгов, чем для матричного алгоритма,<br />

возможность использования для <strong>местоопределения</strong> в территориально распределенной<br />

системе, состоящей из стационарных радиопеленгаторов.<br />

Основным недостатком метода является большой объем вычислительных затрат. Поэтому<br />

для кластерного метода желательно использование ПЭВМ с высоким быстродействием.<br />

Кластерный метод, как и матричный, не позволяет вычислять координаты ИРИ в случае<br />

перемещения мобильной станции по направлению к источнику.


Рис. 1. Отображение поверхности пеленгов и расчетной точки по кластерному методу<br />

Метод максимума правдоподобия основан на описании выборки некоррелированных<br />

пеленгов многомерной нормальной плотностью распределения вероятностей<br />

6<br />

N−1 1<br />

1<br />

2<br />

2 ∑ σθ n= 0<br />

w ⎡θ,x,y⎤= ⎢⎣ ⎥⎦<br />

⋅e<br />

(2 πσ ⋅ )<br />

N<br />

2 2<br />

θ<br />

<br />

− ⋅ −<br />

( θn θn(x,y)<br />

)<br />

где 2 σ θ − дисперсия измерений пеленгов, зависящая от инструментальной ошибки<br />

пеленгования, отношения сигнал-шум, условий распространения радиоволн, n<br />

θ<br />

выборка значений пеленгов, (x, y)<br />

n θ − неизвестное истинное значение пеленга для n-ой<br />

позиции мобильной станции.<br />

Оценка координат ИРИ соответствует координатам максимума функции правдоподобия<br />

(5) или минимума оценочной дисперсии.<br />

⎛ ⎛ 1 N−1 <br />

2 ⎞⎞<br />

(x,y) = arg⎜min ⎜ ∑ ( θn −θn(x,y)<br />

) ⎟<br />

N<br />

⎟<br />

⎝ ⎠<br />

(x,y) ⎝ n= 0<br />

⎠<br />

где arg ( z ) обозначает операцию вычисления значений аргументов функции z.<br />

При практической реализации рассмотренного метода используется последовательное по<br />

мере увеличения количества полученных пеленгов вычисление координат ИРИ [2].<br />

2<br />

,<br />

,<br />

(5)<br />

−<br />

(6)


7<br />

Метод максимума правдоподобия, как и два предыдущих метода, не может вычислить<br />

координаты ИРИ в случае перемещения мобильной станции по направлению к нему.<br />

Амплитудный метод основан на учете зависимости амплитуды поля источника от<br />

расстояния до него. Исходные данные: выборка амплитуды и координаты пеленгатора на<br />

момент приема. В предположении, что выборочные комплексные амплитуды сигналов<br />

<br />

не связаны между собой, они задаются многомерной нормальной плотностью<br />

Sn<br />

распределения вероятностей<br />

<br />

w( S,x,y ) =<br />

1<br />

⋅e<br />

N<br />

2 2 (2 π⋅σ )<br />

N−1⎛ 1 µ i⋅ϕ<br />

⎞<br />

− ⋅ S n<br />

2 ⎜ ∑ n − ⋅e<br />

2σ<br />

⎜<br />

⎟<br />

p<br />

n= 0 r n (x,y) ⎟<br />

⎝ ⎠<br />

где 2<br />

σ − дисперсия шума в канале приема, ϕ n − начальная фаза сигнала, µ −<br />

энергетический параметр, rn<br />

( x,<br />

y)<br />

= z<br />

( x,<br />

y)<br />

− Z<br />

n − расстояние от источника до точки<br />

приема.<br />

Зависимость амплитуды напряженности поля в точке приема от пространственного<br />

положения источника в данном случае определяется параметром распространения p Эта<br />

зависимость может быть более сложной с учетом рельефа местности, плотности<br />

застройки. Энергетический параметр µ определяется мощностью излучения, высотами<br />

поднятия антенн передатчика и пеленгатора, длиной волны излучения. Выполнив<br />

усреднение функции правдоподобия (7) по неизвестным параметрам µ и ϕ n , приходим к<br />

выражению<br />

N 1<br />

2<br />

⎛ ⎛ −<br />

⎛ −p<br />

⎞ ⎞⎞<br />

⎜ ⎜ S N 1<br />

n r n (x,y)<br />

− ⎜∑⋅⎟ ⎟⎟<br />

⎜ 2 ⎜ ⎝ n= 0<br />

⎠ ⎟⎟<br />

⎜ n<br />

(x,y) ⎜∑N−1 ⎟⎟<br />

n= 0<br />

−⋅ 2p<br />

⎜ ⎜ r n (x,y) ⎟⎟<br />

⎜ ∑<br />

⎜ n= 0<br />

⎟⎟<br />

<br />

(x,y) = arg min S<br />

−<br />

⎝ ⎝ ⎠⎠<br />

В программе СМО-КН в реализации амплитудного метода учитываются также<br />

зависимости напряженности поля от рельефа местности, городской застройки, лесных<br />

массивов, а также отражение сигналов от кварталов домов.<br />

В качестве примера, на рис. 3 показана поверхность уровней сигнала, полученная в ходе<br />

определения местоположения ИРИ. Белый кружок соответствует расчетной точке,<br />

флажками показаны точки измерения и уровни сигналов, использованные для вычисления<br />

координат ИРИ.<br />

.<br />

2<br />

,<br />

(7)<br />

(8)


Рис. 2. Поверхность уровней сигнала и расчетная точка по амплитудному методу<br />

8<br />

Очевидно, что при использовании амплитудного метода желательно выбирать такой<br />

маршрут движения станции, чтобы наблюдалось явное изменение амплитуды сигнала.<br />

Для реализации амплитудного метода достаточно наличие измерительного приемника и<br />

навигационной аппаратуры, при этом непосредственно радиопеленгатор не требуется, что<br />

в ряде случаев оказывается предпочтительным по критерию стоимости оборудования.<br />

Амплитудно-угломерный метод основан на комплексном использовании информации об<br />

амплитуде и пеленге, он объединяет амплитудный метод и метод максимума<br />

правдоподобия. Правило оценки координат при независимых измерениях состоит в<br />

минимизации произведения<br />

⎧ 2<br />

⎧ ⎛ N−1 ⎛<br />

<br />

−p<br />

⎞ ⎞⎫⎫<br />

⎪ ⎪ ⎜ S N 1 2<br />

n r n (x,y)<br />

N 1 2<br />

− ⎜ ⋅ ⎟ ⎟⎪⎪<br />

⎪ ⎪ − <br />

∑<br />

⎜ ⎝ n= 0<br />

⎠ ⎟⎪⎪<br />

⎨ ⎨( ∑ ( n n ) ) n<br />

(x,y)<br />

N−1 n= 0 ⎜∑⎟⎬⎬ ⎪ ⎪ n= 0<br />

−⋅ 2p<br />

⎜ r n (x,y) ⎟⎪⎪<br />

⎪ ⎪ ⎜ ∑<br />

n= 0<br />

⎟⎪⎪<br />

<br />

(x,y) = arg min θ −θ (x,y) ⋅ S<br />

−<br />

⎩ ⎩ ⎝ ⎠⎭⎭<br />

Учет совокупности значений пеленгов и амплитуд, зависящих от координат источника, в<br />

(9), обеспечивает уменьшение времени <strong>местоопределения</strong> ИРИ. Кроме того,<br />

обеспечивается оценка координат ИРИ при движении мобильной станции на ИРИ, что<br />

невозможно при использовании матричного, кластерного или метода максимума<br />

правдоподобия.<br />

.<br />

(9)


9<br />

В программе СМО-КН для амплитудно-угломерного метода используется наглядное<br />

отображение функции правдоподобия, показывающей зону наиболее вероятного<br />

расположения источника. На рис. 4 показан пример отображения зоны расположения<br />

источника сразу после начала движения мобильной станции. Маршрут движения станции<br />

показан линией. По мере накопления данных зона вероятного расположения источника<br />

будет сужаться, его местоположение уточняться.<br />

Рисунок 3. Амплитудно-угломерный метод<br />

При использовании амплитудно-угломерного метода для оценки координат ИРИ, в<br />

отличие от матричного, кластерного и метода максимума правдоподобия, возможны<br />

маршруты движения по лучу непосредственно к ИРИ или от ИРИ. Таким образом,<br />

амплитудно-угломерный метод хорошо сочетается с движением автомобиля по методу<br />

привода, при этом на карте имея при этом наглядное отображение необходимого<br />

направления движения.<br />

Условия проведения испытаний<br />

Для проведения испытаний была использована мобильная станция радиомониторинга<br />

АРГУМЕНТ, оборудованная радиопеленгатором АРТИКУЛ-М с легкосъемной антенной<br />

системой, аппаратурой навигации АРК-КН1, панорамным измерительным приемником<br />

АРГАМАК-ИМ с активной антенной АРК-А7А , тремя ПЭВМ, объединенными локальной<br />

сетью [6]. На первой ПЭВМ было установлено программное обеспечение СМО-ППК


10<br />

версии 4.5.22, к ней был подключен радиопеленгатор и аппаратура навигации. На второй<br />

ПЭВМ было развернуто программное обеспечение картографии и навигации СМО-КН<br />

версии 1.18.8. На третьей ПЭВМ было установлено программное обеспечение СМО-ПАИ<br />

версии 4.5.18, и к ней подключен панорамный измерительный приемник.<br />

Для проведения испытаний использовано два маршрута, каждый длиной около 4 км, в<br />

городских и загородных условиях. Маршруты движения показаны на рис. 5, 6<br />

прерывистыми линиями. Черными прямоугольниками показаны городские кварталы,<br />

зеленым цветом – лесная зона. Место расположения ИРИ помечено белым крестиком.<br />

Начало маршрута – точка А − находилось на минимальном расстоянии от ИРИ.<br />

Мобильная станция двигалась по кольцу от точки А к точке К по часовой стрелке.<br />

Рис. 4. Маршрут в городской зоне<br />

Рис. 5. Маршрут в загородной зоне.<br />

В качестве ИРИ использовался маломощный тестовый генератор АРК-ТГ1 со штыревой<br />

антенной и выходной мощностью не более 30 мВт, запрограммированный для работы на<br />

двух радиолюбительских частотах f1= 145 МГц, f2 = 434 МГц. Вид излучения –<br />

непрерывный гармонический сигнал. В городской зоне ИРИ располагался на нижнем<br />

этаже многоэтажного здания, а в загородной зоне – непосредственно на земле.<br />

Для маршрута в городской зоне характерно наличие кварталов с многоэтажными<br />

зданиями. Практически на всем протяжении маршрута отсутствует прямая видимость<br />

(прямое прохождение радиоволны от ИРИ к мобильной станции). В то же время<br />

загородный маршрут проходит почти по открытому месту, имеются только несколько<br />

лесных полос, показанных на рис. 6 зеленым цветом.


11<br />

Для обоих маршрутов скорость движения автомобиля составляла не более 40 км/ч. Во<br />

время движения производилось пеленгование и измерение амплитуды сигнала ИРИ,<br />

измеренные значения пеленгов и амплитуды, а также координаты станции и ее курсовой<br />

угол сохранялись в базе данных.<br />

Результаты испытаний<br />

На рис. 7 показаны полученные зависимости амплитуды принимаемых сигналов на входе<br />

приемника (в децибелах по отношению к микровольту) от позиций на маршруте<br />

движения. Зависимости 1 и 2 получены для загородной зоны, 2 и 3 − для городской. При<br />

этом зависимости 1 и 3 соответствуют частоте 434 МГц, зависимости 2 и 4 – частоте 145<br />

МГц.<br />

Как видно из рис. 7, зависимости амплитуды принимаемого сигнала от позиции станции<br />

на маршруте движения имеют флуктуирующий характер относительно сравнительно<br />

медленно меняющегося среднего значения. Размах пульсаций в отдельных точках<br />

превышает 10 дБ. В начале маршрута – точке А, где мобильная станция находится от ИРИ<br />

на минимальном удалении, амплитуды сигналов за городом и в городе сравнимы по<br />

величине, однако далее, по мере движения станции по маршруту в городской зоне по<br />

сравнению с загородной наблюдается более сильное ослабление радиосигналов.<br />

Приведенные зависимости амплитуды сигнала от позиций станции вместе с координатами<br />

этих позиций являются исходным материалом для работы амплитудного метода<br />

<strong>местоопределения</strong> ИРИ.


12<br />

Рис. 6. Зависимости амплитуды радиосигнала от позиции станции на маршруте движения<br />

По результатам пеленгования были оценена вероятность ошибки пеленгования P ( δ


Вероятность<br />

1<br />

0.9<br />

0.8<br />

0.7<br />

0.6<br />

0.5<br />

0.4<br />

0.3<br />

0.2<br />

0.1<br />

1<br />

2<br />

13<br />

0<br />

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180<br />

Рис. 7. Вероятность ошибки пеленгования<br />

3<br />

4<br />

Ошибка, град<br />

Как видно из приведенных зависимостей, вероятность взятия пеленгов с ошибкой<br />

º<br />

меньшей 10P P в загородной зоне составляет около 0,2, в городской зоне − около 0,1, а<br />

º<br />

вероятность взятия пеленгов с ошибкой меньшей, 20P P в загородной зоне около 0,4, а<br />

городской − около 0,2. В городской зоне наблюдается ухудшение точности пеленгования<br />

на более высокой частоте. Можно предположить, что основное влияние на точность<br />

пеленгования оказывает интерференция радиоволн, вызванная их многолучевым<br />

распространением радиоволн, которая в условиях города из-за наличия большого числа<br />

различных неоднородностей, вызывающих отражение будет проявляться сильнее.<br />

Поэтому в загородных условиях вероятность ошибки оказывается меньше, чем в городе.<br />

Зависимости, приведенные на рис. 7, 8, подтверждают, что вычисление местоположения<br />

ИРИ одиночной мобильной станцией радиомониторинга является сложной задачей,<br />

требующей статистических <strong>методов</strong> решения.<br />

Перейдем к сравнению ошибок оценки местоположения ИРИ для рассматриваемых<br />

<strong>методов</strong>. Ошибки будем определять как решение обратной геодезической задачи, когда по<br />

известным географическим координатам двух точек требуется найти расстояние между<br />

ними. В качестве первой точки берем место расположения ИРИ, координаты которого<br />

известны, вторая точка − это расчетная точка местоположения ИРИ, координаты которой<br />

вычислены с помощью проверяемого метода. Отметим, что подобная проверка вряд ли<br />

является строгой, поскольку она проводится только для двух конкретных частот и двух


14<br />

конкретных маршрутов движения станции. Также здесь не учитываются погрешности<br />

навигационной аппаратуры при определении «истинных» координат ИРИ, координат и<br />

курсового угла мобильной станции. Тем не менее подобная проверка вполне способна<br />

дать представление о работоспособности сравниваемых <strong>методов</strong>.<br />

В табл. 1 приведены результаты значения ошибок определения местоположения ИРИ,<br />

выраженные в метрах, для полных маршрутов АBCDEFGHK в городе и загородной зоне.<br />

В левом столбце указаны названия <strong>методов</strong> вычисления координат. Далее в табл. 1<br />

приведены ошибки <strong>местоопределения</strong> для частот 146 МГц и 434 МГц. Сокращениями ВГ<br />

и ЗГ помечены столбцы для измерений в городе (ВГ) и за городом (ЗГ). В крайнем правом<br />

столбце указано среднее значение для ошибок по каждому методу. Значения ошибок<br />

округлены до 10 м.<br />

Таблица 1. Полученные значения ошибок <strong>местоопределения</strong><br />

Метод вычисления координат<br />

Частота ИРИ<br />

146 МГц 434 МГц<br />

ВГ ЗГ ВГ ЗГ<br />

Средняя<br />

ошибка<br />

Матричный 82 22 130 30 66<br />

Кластерный 40 30 50 60 45<br />

Максимума правдоподобия 90 60 50 40 60<br />

Амплитудный без учета рельефа 140 50 90 120 100<br />

Амплитудный с учетом рельефа 100 40 50 120 77,5<br />

Амплитудно-угломерный 20 40 70 60 47,5<br />

Среднее значение ошибки, меньшее 50 м, показали кластерный и амплитудно-угломерный<br />

методы, наибольшее среднее значение ошибки, равное 100 м, оказалось у амплитудного<br />

метода, не использующего сведений о рельефе местности. Учет рельефа в амплитудном<br />

методе вызвал уменьшении средней ошибки почти на одну треть. Среднее значение<br />

ошибки <strong>местоопределения</strong> в условиях города, вычисленное по данным табл. 1, составило<br />

76 м, а среднее значение ошибки в условиях загородной зоны − 56 м.<br />

Результаты, приведенные в табл. 1, подтверждают, что все рассмотренные методы как<br />

эвристические – матричный и кластерный, так и математически более строгие, как метод<br />

максимума правдоподобия, амплитудный и амплитудно-угломерный, показали<br />

приемлемые для практики точности <strong>местоопределения</strong> ИРИ. Поэтому для выбора<br />

предпочтительного метода, очевидно, следует принять во внимание дополнительные<br />

соображения.


15<br />

Для мобильной станции, оснащенной только измерительным приемником, для<br />

<strong>местоопределения</strong> ИРИ приходится использовать амплитудный метод. Этот метод дает<br />

приемлемую точность, если цифровая карта местности имеет слои со сведениями о<br />

рельефе местности, кварталах застройки, лесных массивах и т.д., поскольку<br />

использование подобных сведений повышает точность вычисления координат ИРИ.<br />

Для мобильной станции, оборудованной радиопеленгатором, применяются методы,<br />

основанные на обработке пеленгов, поскольку по сравнению с амплитудным методом, они<br />

имеют большую точность определения координат ИРИ. Эти методы способны вычислять<br />

местоположение <strong>источников</strong> с кратковременным излучением сигнала всего по нескольким<br />

измеренным пеленгам, кроме того, их важным достоинством является сохранение<br />

работоспособности при малых отношениях сигнал/шум. Однако матричный и кластерный<br />

методы, а также метод максимума правдоподобия применительно к одиночной мобильной<br />

станции имеют существенный недостаток − они не могут использоваться для вычисления<br />

местоположения ИРИ при движении станции непосредственно по направлению к<br />

источнику или от источника радиоизлучения. Амплитудно-угломерный метод свободен от<br />

этого недостатка, поскольку он обрабатывает как поступающие пеленги, так и<br />

информацию об уровнях сигнала. Дополнительный довод в пользу амплитудноугломерного<br />

метода состоит в том, что при его использовании на электронной карте<br />

СМО-КН уже в начале сеанса работы отображается зона вероятного расположения ИРИ,<br />

эта зона в процессе движения станции все более конкретизируется. Если необходимо<br />

быстрое перемещение станции в точку расположения ИРИ, оператор может выбирать<br />

кратчайший маршрут по методу привода, пользуясь изображением зоны расположения<br />

ИРИ на электронной карте. Таким образом, для одиночной станции радиомониторинга<br />

использование амплитудно-угломерного метода является наиболее целесообразным.<br />

Литература<br />

1. Ашихмин А.В., Козьмин В.А., Коровин А.Г., Рембовский А.М. Распределенные<br />

системы радиомониторинга и пеленгования. – Специальная техника, № 5, 2006, с.<br />

38 − 53.<br />

2. Ашихмин А.В., Жуков А.А., Козьмин В.А., Шадрин И.А. Локализация <strong>источников</strong><br />

радиоизлучения и измерение напряженности поля с помощью мобильной станции<br />

радиоконтроля. − Специальная техника. Специальный выпуск. М. 2003, с. 9 − 18.<br />

3. Глазнев А.А., Козьмин В.А., Литвинов Г.В., Шадрин И.А. Многостанционные<br />

системы радиоконтроля и определения местоположения <strong>источников</strong><br />

радиоизлучения. − Специальная техника. Специальный выпуск. М. 2002, с. 20 − 29.


16<br />

4. Ашихмин А.В., Козьмин В.А., Кочкин Д.Е., Чубов Е.А. Использование цифрового<br />

измерительного приемника «Аргамак-ИМ» для измерения напряженности поля в<br />

мобильных станциях радиомониторинга. – Специальная техника, № 3, 2006, с. 35 −<br />

44.<br />

5. Царьков, Н. М. Многоканальные радиолокационные измерители. − М. :Сов. радио,<br />

1980, − 190 с.<br />

6. Каталог 2007. ИРКОС. Технические средства радиомониторинга. Москва. ЗАО<br />

ИРКОС. 62 с.

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!